Nature子刊:發現全新表觀遺傳學基因調節機制

2020-12-08 生物谷

2017年6月14日訊 /生物谷BIOON /——一個由KAUST領導的國際團隊在研究成年人基因組及其所處環境相互作用的過程中發現了一種調節基因活性的表觀遺傳學機制。


來自KAUST的Valerio Orlando實驗室一直在研究Ezh1的作用，該基因在成熟組織中的功能研究在近25年來毫無進展。和它的姊妹基因Ezh2一樣，Ezh1及其伴侶蛋白一起編碼一個蛋白，該蛋白可以給靶基因貼上標籤以抑制其活性。但是儘管Ezh2突變與癌症及發育缺陷有關，攜帶Ezh1突變的小鼠似乎可以正常發育。

7年前，Orlando教授的研究組發現Ezh1可以與許多正常情況下啟動的基因啟動子結合。「我們發現這些典型的表觀遺傳學抑制因子與活性基因結合在一起，因此我們的推測是它們可以抑制這些基因的表達，」Orlando說道。他們猜想這種抑制作用可能在壓力情況下發揮作用，他們就給肌肉細胞施以壓力，發現只有表達Ezh1的細胞中才能觀察到抑制現象。壓力促使Ezh1活化，從而給基因打上一個可以清除的抑制標籤，這個過程被Orlando教授稱作「細胞可塑性」：細胞適應動態環境的能力。

關於Ezh1認識的轉折點發生在該團隊發現了該蛋白的一個縮短版本。人體許多基因會編碼一個蛋白的幾種結構，它們差別較小，被稱作同種型蛋白。因此該團隊意識到這個更短的Ezh1同型蛋白可能還有一些其他功能。

「當我們把注意力轉移到這個短的Ezh1上時，我們立刻就發現了一些現象。」Orlando回憶道。這個縮短的Ezh1存在於細胞質中，而不是細胞核內，研究團隊發現它發揮著環境感應器的功能，可以調節完整Ezh1的活性。為了給靶基因打標籤，Ezh1需要一個伴侶蛋白，但是短Ezh1可以結合該伴侶並將之轉移到細胞質中，就像「用繩子拴住該蛋白一樣」。細胞受壓力時，短的Ezh1降解釋放伴侶蛋白與細胞核中的完整Ezh1結合。一旦壓力停止，短的Ezh1可以再次劫持伴侶蛋白，抑制完整Ezh1的活性，抑制性標籤被清除。

這項發現揭示了一個全新的表觀遺傳學調節機制，因為相互作用發生在同一個基因表達的不同型蛋白之間，而不是發生在不同基因表達產物之間。「這為基因調節提供了一種新的模式，將基因組與環境聯繫在了一起。」Orlando說道。「這是一個令人非常興奮的新發現。」（生物谷Bioon.com）

本文系生物谷原創編譯整理，歡迎個人轉發，網站轉載請註明來源「生物谷」，商業授權請聯繫我們 。更多資訊請下載 生物谷 app.

原文出處：

Beatrice Bodega et al. A cytosolic Ezh1 isoform modulates a PRC2?Ezh1 epigenetic adaptive response in postmitotic cells, Nature Structural & Molecular Biology (2017). DOI: 10.1038/nsmb.3392

相關焦點

  • 科學家發現調節基因活性的表觀遺傳學機制
    一個由KAUST領導的國際團隊在研究成年人基因組及其所處環境相互作用的過程中發現了一種調節基因活性的表觀遺傳學機制。來自KAUST的Valerio Orlando實驗室一直在研究Ezh1的作用，該基因在成熟組織中的功能研究在近25年來毫無進展。
  • Nature:表觀遺傳學進展將遺傳學、環境與疾病聯繫了起來!
    序列變異和表觀遺傳學之間有著千絲萬縷的關係，染色質的狀態會影響轉錄因子的結合，DNA序列的多態性會影響染色質的狀態；染色質和DNA甲基化在人類機體中會表現出廣泛的變異，此外，其還能夠調節基因組的穩定性和突變性；轉座子元件也是表觀遺傳沉默的常見靶點，其有時會受到環境的影響，從而影響基因表達和基因組完整性。
  • Nature創刊150周年—表觀遺傳學進展將遺傳學、環境與疾病聯繫了...
    表觀遺傳學和DNA序列突變DNA序列變異和表觀遺傳學之間有著千絲萬縷的關係，染色質的狀態會影響轉錄因子的結合，DNA序列的多態性會影響染色質的狀態；染色質和DNA甲基化在人類機體中會表現出廣泛的變異，此外，其還能夠調節基因組的穩定性和突變性；轉座子元件也是表觀遺傳沉默的常見靶點，其有時會受到環境的影響，從而影響基因表達和基因組完整性。
  • 同濟高紹榮教授實驗室《Nature》發文揭示表觀遺傳學研究重大突破
    這些表觀修飾的變化是胚胎基因組激活及第一次細胞譜系分化的關鍵。組蛋白的轉錄後修飾直接調控了基因表達的激活和沉默。早期的研究中，利用抗體免疫螢光染色的方法發現，大部分的組蛋白修飾在植入前胚胎的發育過程中都發生了明顯的變化。而一些調節組蛋白修飾的酶的異常表達或缺失會導致胚胎發育異常甚至植入前胚胎的死亡。這些研究證明組蛋白修飾的變化在早期胚胎發育的過程中起了很重要的作用。
  • PNAS:揭示表觀遺傳學修飾背後的精確分子機制
    2020年6月16日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，一項刊登在國際雜誌Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究報告中，來自歐洲分子生物學實驗室的科學家們通過研究揭示了表觀遺傳學修飾背後的分子機制，DNA製造RNA進而製造蛋白質是分子生物學中的一項基本原理，基因表達的過程會以多種方式被嚴格調控
  • 著名華人科學家Nature發布表觀遺傳重大發現
    2011年，何川的研究小組發現了第一個可以逆轉最普遍的mRNA甲基化修飾：N6-甲基腺苷（m6A）的RNA去甲基化酶，證明和DNA及蛋白質中看到的一樣，添加和移除這一甲基可以顯著影響這些信使RNA，並影響基因表達（何川教授Nature子刊揭示調控新機制）。隨後，科學家們發現，動態及可逆的m6A甲基化修飾控制了大多數信使RNA的代謝和功能及蛋白質生成（Cell重大成果：改寫教科書的遺傳學新發現）。
  • Nature:華人朱健康教授解析表觀遺傳學
    生物谷報導：來自美國加州大學河濱分校植物科學系，植物分子生物學中心，普渡大學園藝及園林系的研究人員發現了組蛋白H2B去泛素化（deubiquitination）在表觀遺傳DNA甲基化和異染色質沉默方面的調控作用，在DNA甲基化修飾與泛素化之間建立了新聯繫，也為DNA甲基化修飾研究提出了新觀點，這一研究成果公布在6月7日Nature
  • Nature子刊:傳統表觀遺傳學遭挑戰 或開啟遺傳疾病治療新思路
    不同細胞類型的這種變化，來自於基因的差異表達，這受控於細胞內不同調控因子之間的相互作用，如轉錄因子、轉錄機制、DNA上發生的「表觀遺傳學」修飾（不改變根本的遺傳代碼）和染色質內的蛋白因子。這項研究的結果與目前普遍接受的一種觀點形成鮮明對比，該觀點認為，這些表觀遺傳標記在基因表達的調節過程中，起著關鍵作用。該項目是基於來自modENCODE項目的基因表達數據，旨在為科學界提供一個全面的、模式生物基因組功能元件的百科全書。在這種情況下，研究人員利用來自秀麗隱杆線蟲和黑腹果蠅的基因組表達數據。
  • 表觀遺傳學與人類疾病
    表觀遺傳學的迅速發展，在分子水平上揭示了複雜的遺傳現象，為解開生命奧秘及徵服疾病帶來了希望。根據表觀遺傳的機制，目前人類已經發現部分疾病的發生與表觀遺傳密不可分。癌症是由基因突變和基因的表觀遺傳改變而引起的，在導致癌基因的表達改變而致癌的6種可能機制中，有3種機制與DNA甲基化直接相關。正常的DNA甲基化模式如果被破壞(如基因啟動子區域的甲基化程度過高或過低)都會導致細胞的癌變。
  • Nature子刊:基因支配衰老的遺傳學途徑被發現!
    近日，Nature發布了一篇題為Steroid hormonessulfatase inactivation extends lifespan and ameliorates age-related diseases的文章，揭示了支配衰老的遺傳學路徑。
  • Nat Rev:表觀遺傳學,生命歷程及代謝疾病
    此外，缺乏轉錄因子肝細胞核因子4α（HNF-4α，胰島β細胞基因表達的關鍵調節因子）的小鼠存在糖耐量受損。2011年，Sandovici等報導大鼠產婦的飲食是如何影響後代的胰島β細胞HNF-4α基因位點的表觀遺傳學調節的。研究人員發現，低蛋白飲食的大鼠產婦導致後代胰島Hnf4a基因的低表達。
  • Genet & Epige:表觀遺傳機制如何調節多種有機體的生命機能
    ，DNA藍圖依然處於保守狀態，但其卻可以使基因產物具有不同的功能，隨著多細胞有機體進化產生，使得基因多樣性的過程就由表觀遺傳學機制來完成並且維持了，表觀遺傳學可以通過向DNA添加化學標記或者向圍繞DNA的蛋白添加標記來使得基因具有不同的功能，近來有研究表明，在高度發育的真核生物中，幫助DNA摺疊的蛋白質的這種特殊修飾可以調節吸附到DNA上的化學標記的水平。
  • Nat Comm|趙東宇等發現致癌基因具有獨特的表觀遺傳學修飾模式
    腫瘤基因的精準識別目前依然是一項極具挑戰性的任務。基因突變與表觀修飾變化會導致腫瘤的發生。目前，大多數已知的腫瘤驅動基因都是通過獲得功能的基因突變所識別的，但是對其表觀特徵的變化還知之甚少，這也是腫瘤表觀遺傳學的熱點研究領域之一。基因轉錄調控依賴於組蛋白上的表觀遺傳學修飾。
  • Science:表觀遺傳學實現行為重編程
    賓夕法尼亞大學領導的研究團隊發現， 這些階級特異性的社會行為並非一成不變，可以人為地進行表觀遺傳學重編程。這一重要成果發表在本期的Science雜誌上。表觀遺傳學修飾可以在不改變DNA序列的情況下調控基因的活性。這種調控機制影響著動物的體型、衰老和行為，是近年來生命科學領域的一大研究熱點。
  • Elife:機器學習與表觀遺傳學藥物發現
    2019年10月24日 訊 /生物谷BIOON/ --隨著計算機技術的發展，機器學習強大的處理數據的能力正在徹底改變我們的新藥發現模式。近日，Sanford Burnham Prebys醫學發現研究所的科學家開發了一種機器學習算法，可以從顯微鏡圖像中收集信息，從而可以進行高通量表觀遺傳藥物篩選，從而可以開闢針對癌症，心臟病，精神疾病等的新療法。
  • 【綜述】胰島胚胎發育的表觀遺傳學研究進展
    二、表觀遺傳學機制表觀遺傳學又稱"後遺傳學"，是指在不改變DNA序列的前提下，通過某些機制引起可遺傳的基因表達或細胞表型的變化，不涉及遺傳物質DNA序列的改變，可以通過有絲分裂在細胞間傳遞，還能通過減數分裂實現代際間傳遞。
  • 研究發現泛素信號調控哺乳動物青春期發育起始表觀遺傳學機制以及...
    該研究闡述了哺乳動物下丘腦中泛素連接酶MKRN3通過泛素化修飾表觀遺傳學重要調控因子MBD3，影響MBD3與GNRH1啟動子區及TET2的結合，抑制GNRH1的基因表達水平，進而關閉青春期發育起始開關的表觀遺傳學機制。同時該研究也闡述了MKRN3突變導致家族性中樞性性早熟發病的分子機理（如圖）。
  • 表觀遺傳學:後基因組時代的領舞者
    孫方霖：表觀遺傳學(Epigenetics)是與遺傳學(genetic)相對應的概念，是在研究與經典孟德爾遺傳法則不相符的許多生命現象過程中逐步發展起來的。長期以來，一直有一種困惑困擾著研究遺傳與進化的學者們，他們發現除了基因序列外，似乎另有一些因素影響著基因的表達。
  • Nat Comm | 致癌基因具有獨特的表觀遺傳學修飾模式
    基因突變與表觀修飾變化會導致腫瘤的發生。目前，大多數已知的腫瘤驅動基因都是通過獲得功能的基因突變所識別的，但是對其表觀特徵的變化還知之甚少，這也是腫瘤表觀遺傳學的熱點研究領域之一。基因轉錄調控依賴於組蛋白上的表觀遺傳學修飾。表觀組蛋白修飾可以分為表觀抑制修飾（H3K27me3等）和表觀激活修飾(H3K4me3等)。
  • 《自然》專題:表觀遺傳學
    在基因組中除了DNA和RNA序列以外，還有許多調控基因的信息，它們雖然本身不改變基因的序列，但是可以通過基因修飾，蛋白質與蛋白質、DNA和其它分子的相互作用，而影響和調節遺傳的基因的功能和特性，並且通過細胞分裂和增殖周期影響遺傳。